способ получения бактерицидного материала для дезинфекции воды

Формула изобретения

Способ получения бактерицидного материала для дезинфекции воды, содержащего полийодидные комплексы на основе анионообменного материала, содержащего группы сильного основания в виде соли, способные к реакции с образованием йодсодержащих комплексов, включающий кондиционирование анионообменного материала, йодирование и последующее удаление водноэлюатного йода из обработанного материала до отсутствия в промывной воде окисляющего йода, отличающийся тем, что кондиционирование предварительно набухшего полимера проводят растворами щелочи и хлорида щелочного металла или соляной кислоты, в качестве йодирующего агента используют раствор полийодида в степени насыщения, соответствующей степени насыщения конечного продукта, а после йодирования реакционную смесь выдерживают 8-10 ч при нормальной температуре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится в технологии очистки воды, а конкретно, к способам получения содержащих йод дезинфектантов для очистки воды от микроорганизмов.

Дезинфектанты для очистки воды, содержащие йод, представляют собой сильноосновные анионообменные материалы, например с четвертичными аммониевыми группами и содержат различные количества молекул ассоциированного йода /три-, пента-, гепта- йодид /, приходящихся на одну реакционно-способную группу материала.

Такие материалы называют дезинфектантами, действующими по требованию /demand type bactericide/. Одним из необходимых и основных отличий таких материалов является отсутствие окисляющего йода при обработке его водой. Только при наличии в среде микроорганизмов материалы начинают работать как дезинфектанты. Они содержат ионы в виде комплексов триййодида, пентайодида, гептайодида или их смесей. Механизм действия этих дезинфектантов пока не ясен. Известен способ получения такого рода бактерицидных материалов, содержащих йодидные комплексы на основе сильноосновных анионообменных смол /Патент США 4238477, кл. А61L 2/16, C02F 1/42, 1980 г./, в котором предварительно кондиционированную */ сильноосновную анионообменную смолу с группами третичного амина в виде соли аммониевого основания, способной к реакции с ионами йода, сначала переводят в форму йодида, а затем обрабатывают эквимолярным количеством молекулярного йода /J₂/ при циркуляции через слой шариков смолы в форме йодида насыщенного йодом водного раствора. Температура взаимодействия 40 95^oС, предпочтительно 60 95^oС. */Кондиционирование попеременная обработка в различных ионообменных циклах. При кондиционировании ионообменные материалы приобретают необходимую стабильность структуры, происходит частичная очистка и повышается однородность ионитов /Полянский Н Г. Методы исследования ионитов/.

В зависимости от взятого соотношения смола йод получают полийодиды с любым содержанием йода /три, пента, гепта либо их смеси/. Циркуляцию насыщенной йодом воды осуществляют до полной адсорбции йода гранулами смолы. Взаимодействие целесообразно пр водить в псевдоожиженном слое при температуре 60 90^oС. Кондиционирование смолы включает промывки сначала деионизованной водой, затем дважды этанолом, обработку алкилирующим агентом - диметилсульфатом, выдержку в течение 10 12 часов, последующие промывки сначала дважды этанолом, а затем деионизованной водой.

Как указывалось выше, способ позволяет получать полийодиды с любым содержанием йода, однако его существенным недостатком является нетехнологичность, поскольку работы с насыщенным йодом раствором воды при повышенной температуре /60 90^oС/ приводит к значительным осложнениям при осуществлении способа в крупных масштабах. Другим недостатком такого способа является его значительная энергоемкость, так как проведение процесса связано с циркуляцией нагретой реакционной среды в течение длительного времени /10 12 часов/.

Цель изобретения разработка способа получения бактерицидного материала, содержащего полийодид, который будучи технологичным и достаточно простым в осуществлении позволял бы получать дезинфектант, обладающий высокой эффективностью /высоким бактерицидным действием, т.е. способностью убивать микроорганизмы и вирусы при их значительной концентрации /до 10⁶кл/л/.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения бактерицидного материала, содержащего полийодидные комплексы для дезинфекции воды, включающем кондиционирование сильноосновного анионообменного материала, имеющего группы сильного основания в виде соли, способные к реакции с ионами йодида, йодирование и последуюшее удаление водноэлюатного йода из указанного материала до отсутствия в промывной воде окисляющего йода, согласно изобретению кондиционирование предварительно набухшего материала проводят растворами щелочи и хлорида щелочного металла либо соляной кислоты, в качестве йодирующего агента используют полийодид в степени насыщении йодом, соответствующей насыщению конечного продукта, а перед удалением остаточного йода из элюата реакционную смесь выдерживают при комнатной температуре 8 10 часов.

Принципиальным отличием предлагаемого способа от прототипа является прежде всего использование в качестве йодирующего агента раствора полийодида в той степени насыщения, в какой должен быть конечный продукт.

Другим отличием предлагаемого способа являются иные условия кондиционирования последовательная обработка предварительно набухшего материала растворами щелочи и хлорида щелочного металла или соляной кислоты. Именно во время этой операции происходит подготовка материала для количественного взаимодействия с полийодидом. При кондиционировании по предлагаемому способу происходит деформация полимерной сетки, приводящая к возможности использовать всю обменную емкость анионита, способствуя тем самым более полному насыщению и образованию устойчивых комплексов с высоким содержанием молекул йода. Выдержка реакционной смеси после йодирования при комнатной температуре 8 10 часов позволяет практически количественно ввести йод в анионообменный материал.

Известен способ получения трийодида на основе анионообменных смол /патент США N 3923665, кл. С02В 3/06, 1975 г./, в котором предварительно кондиционированный сильноосновной анионит с группами третичного амина в виде соли /сульфата или хлорида/ четвертичного аммониевого основания обрабатывают контактированиям с раствором трийодида, затем из обработанного материала удаляют элюатный йод до полного отсутствия /отрицательная реакция на окисляющий йод, определяемый по кадмий-крахмальному тесту и на ион йода по реакции с AgNO₃/.

Однако этот способ позволяет получать полийодид только в форме трийодида и одним из основных условий его осуществления является неоднократная обработка получаемого трийодида раствором йодистого калия для гарантированного удаления полийодидов выше чем J₃, поскольку этот способ не дает возможности получать устойчивые соединения более высокой чем 3 степени насыщения и выделяют молекулярный йод. По мнению авторов упомянутого патента получении устойчивых полийодидов с содержанием йода болея 3 по этому способу принципиально невозможно.

Условия предлагаемого способа, а именно сочетание обработки полимерной матрицы в цикле обмена Cl_- -OH_- с использованием в качестве йодирующего реагента раствора полийодида с более высоким содержанием йода чем три /пентайодид, смесь пента- и трийодидов в любом процентном соотношении, гептайодид/ в отличие от способа по патенту США N 3923665 позволяют получать устойчивые анионообменные материалы с содержанием йода более трех на реакционно-способную группу.

Содержание вошедшего в материал йода /степень насыщения/ определяют по плотности влажного анионита по предварительно постоянным графикам для каждого конкретного материала).

В качестве анионообменных материалов, подлежащих йодированию, могут быть использованы различные анионообменные материала, в частности кватернизированные смолы на основе стирола и дивинилбензола /гелевой и макропористой структуры/.

Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемый способ.

Пример 1. Бактерицидный материал, содержащий йод в форме пентайодида. Для приготовления раствора пентайодида 700 г кристаллического йода помещают в емкость и растворяют в водном растворе йодистого калия /230 г КJ в 180 мл H₂O/. Смесь нагревают до 80 85^oС. После полного растворения йода раствор готов к употреблению.

Для получения бактерицидного материала, содержащего йод в форме пентайодидного комплекса, промышленный анионит АВ-17-8 помещают в нагретую до 50 60^oС деионизованную воду на 1 час, воду сливают промывают дважды деионизованной водой. 1 л набухшей смолы обрабатывают 0,1 н раствором гидроокиси натрия, оставляют на 8 часов, затем промывают дистиллированной водой дважды и обрабатывают раствором /0,1 м/ хлорида натрия. Надосадочный слой сливают, смолу отмывают водой до отрицательной реакции на Cl^- по AgNO₃. Избыток воды удаляют.

Затем смолу обрабатывают приготовленным раствором пентайодида, который добавляют в анионит и оставляют на ночь при комнатной температуре. Просветвленную надосадочную жидкость сливают, сорбент промывают водой, 0,5 м раствором КJ и деионизованной водoй до отрицательной реакции на J₂ и J^-. Получают сорбент с плотноcтью 1,80,02 г/см₃, что соответствует материалу, содержащему йодидный комплекс в форме пентайодида.

Пример 2. Бактерицидный материал, содержащий йод в форме пента- и трийодида /50 50/.

Для приготовления раствора, содержащего три- и пентайодидные комплексы /50 50/ 530 г кристаллического йода помещают в емкость и растворяют в водном растворе йодистого калия /230 г КJ в 180 мл H₂O/. Смесь нагревают до 80 85^oС. После полного растворения йода раствор готов к употреблению.

Для получения бактерицидного материала, содержащего йод в форме пента- и трийодида /50 50/ промышленный анионит АВ-17-8П помещают в нагретую до 50 - 60^oС деионизованную воду на 1 час, воду сливают, промывают дважды деионизованной водой. 1 л набухшей смолы обрабатывают 0,1 н раствором гидроокиси натрия, оставляют на 8 часов, затем промывают дистиллированной водой и обрабатывают раствором /0,1 м/ хлорида натрия, надосадочный слой сливают, смолу отмывают водой до отрицательной реакции на Cl^- по AgNO₃. Избыток воды удаляют.

Затем смолу обрабатывают приготовленным раствором смеси пента- и трийодида, который добавляют в анионит пои комнатной температуре и реакционную смесь выдерживают в течение 10 часов. Просветвленную надосадочную жидкость сливают, сорбент промывают водой, 0,5 м раствором КJ и деионизованной водой до отрицательной реакции на J₂ и J^-, получают сорбент с плотностью 1,640,02 г/см³, что соответствует материалу, содержащему йодный комплекс в форме пента-и трийодида /50 50/.

Пример 3 Бактерицидный материал, содержащий йод в форме пента- и трийодида /60 40/.

Для приготовления раствора, содержащего три-и пентайодидные комплексы /40 60/ 564 г кристаллического йода помещают в емкость и растворяют в водном растворе йодистого калия /230 КJ в 180 мл Н₂О/. Смесь нагревают до 60 - 85^oС. После полного растворения й да раствор готов к употреблению.

Для получения бактерицидного материала промышленный анионит АВ-17-8 обрабатывают по методике, описанной в примере 1, приготовленным раствором.

Получают сорбент с плотностью 1,700,02 г/см³, что соответствует материалу, содержащему йодидный комплекс в форме пента-и трийодида /60 40/.

Пример 4. Проводят по методике примера 2, за исключением того, что в качестве исходного материала используют сорбент Jonac A-540.

Получают сорбент с плотностью 1,700,02, по градуировочному графику определяют состав комплекса. Он соответствует форме пента- и трийодида 50 50.

Пример 5. Проводят по методике примера 2, за исключением того, что в качестве исходного материала используют сорбент Amberlite JRA-400S.

Получают сорбент с плотностью 1,670,02, по градуировочному графику определяют состав йодидного комплекса в сорбенте. Он соответствует форме пента- и трийодида 50 50.

Пример 6. Бактерицидное действие приготовленных материалов проверяли на пробах воды, содержащих микроорганизмы E.coli. Пробы воды пропускали через колонки, заполненные материалами, полученными по предлагаемому способу. Использованные для очистки воды материалы, а также концентрации микроорганизмов в исходных пробах и после обработки сорбентами представлены в таблице 1.

Пример 7. Бактерицидное действие проверяли по очистке воды, содержащей энтеровирус /является моделью гепатита А/. Воду с содержанием энтеровируса 300 ед в см³ пропускали через колонку, заполненную сорбентом АВ-17-8П-пентатрийодидом /50 50/. Высота слоя в колонке 2 см. Данные по концентрации вируса в исходной и пропущенной воде представлены в таблице 2.

Таким образом, полученные по предлагаемому способу бактерицидные материалы способны убивать микроорганизмы и вирусы в воде при их значительной концентрации и являются высокоэффективными дезинфектантами.

Предлагаемый способ технологичен и достаточно прост при осуществлении в промышленном масштабе.